编写一个简单的TCP服务端和客户端

admin

实验环境是linux系统，效果如下：

1.启动服务端程序，监听在6666端口上

2.启动客户端，与服务端建立TCP连接

3.建立完TCP连接，在客户端上向服务端发送消息

4.断开连接

实现的功能很简单，但是对于初来乍到的我费了不少劲，因此在此总结一下，如有错点请各位大神指点指点

- j5 f0 Y3 h" x

什么是SOCKET（插口）：

     这里不用 "套接字" 而是用 "插口" 是因为在《TCP/IP协议卷二》中，翻译时也是用 "插口" 来表示socket的。
9 g7 T1 |5 k" ]& _& r

     "套接字" 这词不知道又是哪个教授级人物造出来的，听起来总是很怪，虽然可以避免语义上的歧义，但不明显。

      对插口通俗的理解就是：它是一个可以用来输入或者输出的网络端，另一端也具有同样相对应的操作。

      具体其他高级的定义不是这里的重点。值得说的是：

      每个插口都可以标识某个程序通信的一端，通过系统调用使得程序与网络设备之间的交流连接起来。

      应用程序 -> 系统调用 -> 插口层 -> 协议层 -> 接口层  ->发送（接收的话与之相反）

) f% Q& }6 i: n, T3 Y2 r

如何标识一个SOCKET：

       如上定义所述，可以通过地址，协议，端口三要素来确定一个通信端，而在linux C程序中使用 标识符 来标识一个

       SOCKET，Unix系统对设备的读写操作等同于对描述符的读写操作，标识符可以用于：插口 管道 目录 设备 文件等等
8 X, G% p: p- |. Y# O

       描述符是个正整数，事实上他是检查表表项中的一个下标，用于指向打开文件表的结构。

       述符前三个标识符0  1  2 分别系统保留：标准输入（键盘），标准输出（屏幕），标准错误输出

       当我们使用新的描述符来创建socket时，他一般从最小未使用的数字开始分配，也就是3

服务端实现的流程：

       1.服务端开启一个SOCKET（socket函数）

       2.使用SOCKET绑定一个端口号（bind函数）

       3.在这个端口号上开启监听功能（listen函数）

       4.当有对端发送连接请求，向其发送ack+syn建立连接（accept函数）

       5.接收或者回复消息（read函数 write函数）

! u6 q# U0 p0 E0 v9 k0 j
: T9 b# T* K9 ~: L# y- v

客户端实现流程：

      1.打开一个SOCKET

      2.向指定的IP 和端口号发起连接（connect函数）

      3.接收或者发送消息（send函数  recv函数）

如何并发处理：

      如果按照以上流程实现其实并不难，但是有个缺陷，因为C语言是按顺序单一流程运行，也就是说如果

      直接在程序当中使用accept函数（建立连接）的话，那么程序会阻塞在accept这里，这是因为如果客户端

      一直没有发送connect连接，那么accept就无法得知客户端的IP和端口，也就只能一直等待（阻塞）直到

      有请求触发继续执行为止，这样就导致如果同时多个客户向服务端发送请求连接，那么服务端只能按照

      单一线程去处理第一个客户端，无法开启多个线程同时处理多个用户的请求。

& ?2 I( d8 B. C% P" M. C: P7 q

如何解决：

下面摘文截取网上的资料，有兴趣者可以看看

系统提供select函数来实现多路复用输入/输出模型，该函数用于在非阻塞中，当一个套接字或一组套接字有信号时通知你

1. int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, exceptfds, const struct timeval* timeout);

复制代码

所在的头文件为：

1. #include <sys/time.h>
   1 j* S  A% I7 s2 w1 _' ?
2. 
   
3. #include <unistd.h>

复制代码

  功能：测试指定的fd是否可读，可写 或者 是否有异常条件待处理

    readset  用来检查可读性的一组文件描述字。

( Y  w3 o( L0 K( ~# ^4 q    writeset 用来检查可写性的一组文件描述字。

- c9 d# _6 z" {+ @$ E7 I    exceptset用来检查是否有异常条件出现的文件描述字。(注：不包括错误)

4 y4 V2 W4 [/ k8 t* D; N; ?; S    timeout  用于描述一段时间长度，如果在这个时间内，需要监视的描述符没有事件发生则函数返回，返回值为0。

    对于select函数的功能简单的说就是对文件fd做一个测试。测试结果有三种可能：

! }. M$ H) a* {# ]! s, w8 x1 [5 k# b: \

1. 1.timeout=NULL                 （阻塞：select将一直被阻塞，直到某个文件描述符上发生了事件）
   
2. 
   ' p* \% k& b! ]0 N7 g  B2 R
3.     2.timeout所指向的结构设为非零时间  （等待固定时间：如果在指定的时间段里有事件发生或者时间耗尽，函数均返回）
   
4. 
   
5.     3.timeout所指向的结构，时间设为0   （非阻塞：仅检测描述符集合的状态，然后立即返回，并不等待外部事件的发生）

复制代码

   返回值：

    返回对应位仍然为1的fd的总数。注意啦：只有那些可读，可写以及有异常条件待处理的fd位仍然为1。

    否则为0哦。举个例子，比如recv(), 在没有数据到来调用它的时候,你的线程将被阻塞,如果数据一直不来,

   你的线程就要阻塞很久.这样显然不好。所以采用select来查看套节字是否可读(也就是是否有数据读了) 。

   现在,UNIX系统通常会在头文件<sys/select.h>中定义常量FD_SETSIZE，它是数据类型fd_set的描述字数量，

   其值通常是1024，这样就能表示<1024的fd。
2 e) z/ Q/ z  V( a: {
   
  f: E$ n; Q9 u. m- J% x: v

fd_set结构体：

     文件描述符集合，用于存放多个fd（文件描述符，这里就是套接字）

       可以存放服务端的fd，有客户端的fd。下面是对这个文件描述符集合的操作：

1. FD_ZERO(*fds)：     将fds设为空集
   
2.    
   
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   
4. 
   9 T2 A6 c4 o* c# P& B
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   
6. 
   , Q; h% j7 T' z/ d# ^" L8 ^# u
7. FD_ISSET(fd,*fds)： 判断fd是否属于fds的集合

复制代码

步骤如下

1. socket s;
   : G( H  p2 I% q, G9 l, {
2. .....
   
3. fd_set set;
   
4. while(1){
   8 T0 T9 a* B  G1 Y2 [8 a0 Q
5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
   
6. FD_SET(s, &set);                 //加入你感兴趣的套节字到集合,这里是一个读数据的套节字s
     H. i& X( R; _
7. select(0,&set,NULL,NULL,NULL);   //检查套节字是否可读,
   
8. if(FD_ISSET(s, &set)            //检查s是否在这个集合里面,
   
9. {                               //select将更新这个集合,把其中不可读的套节字去掉
   
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    
11. recv(s,...);
    * {  Y. T! `. a$ C1 X* E$ E* x
12. }
    
13. //do something here
    
14. }

复制代码

假设fd_set长度为1字节，fd_set中的每一位可以对应一个文件描述符，那么1字节最大可以对应8个fd

1. (1）执行fd_set set; FD_ZERO(&set);  则set用位为0000,0000。
   ! [+ n8 L# j2 j
2. 
   
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   / e0 P( l& l* D7 E. H( S& [
4. 
   
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   
6. 
   
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   3 i0 E: c+ m8 i1 s& S
8. 
   
9.    （5）若fd=1,fd=2                    上都发生可读事件，则select返回，此时set变为0000,0011。注意：没有事件发生的fd=5被清空。

复制代码

1.可监控描述符的个数取决与sizeof(fd_set)的值

2.文件描述符的上限可以修改

3.将fd加入select监控集时，还需要一个array数组保存所有值

   因为每次select扫描之后，有信号的fd在集合中应被保留，但select将集合清空

   因此array数组可以将活跃的fd存放起来，方便下次加入fd集合中

   对集合fe_set与array进行遍历存储，即所有fd都重新加入fd_set集合中

   另外活跃状态在array中的值是1，非活跃状态的值是0

4.具体过程看代码会好理解

使用select函数的过程一般是：

1 K# Y' a2 Z4 C    先调用宏FD_ZERO将指定的fd_set清零，然后调用宏FD_SET将需要测试的fd加入fd_set，

    接着调用函数select测试fd_set中的所有fd，最后用宏FD_ISSET检查某个fd在函数select调用后，相应位是否仍然为1

     复制粘贴的摘文排版起来真的是痛苦，我已经尽力排版了。。。
, H$ K7 k4 \/ d9 L& D

  r, a- h# X3 o% G; L

客户端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   , V9 p1 U3 f" P* a$ R& U" X
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   ' G2 D! z% [( J
5. #include <unistd.h>
   7 {0 b3 }; Y7 h0 A5 O/ i% O5 Z
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <fcntl.h>
   
9. #include <sys/stat.h>
   1 X' [- R. f, u# h
10. #include <sys/types.h>
    # P: c' o1 U# @; C3 [+ ~1 p9 Y
11. #include <sys/socket.h>
    % G! F; j  T, P+ g/ P  `
12. 
    
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    9 `. k( e* N% K  Y+ ~5 z
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    % I; R; c& _8 e; S; x; c. r
15. 
    
16. int main(){
    
17.   int sockfd;
    $ {9 J, x( C: Z
18.   struct sockaddr_in addr;
    
19.   char msgbuffer[256];
    : q$ v, b& m0 v+ R" g
20.    
    
21.   //创建套接字
    / V! `' Q7 c7 F" N
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    * a8 K& R# e1 C
23.   if(sockfd>=0)
    / F0 ?& J( V4 a! a# ^. s3 ?1 _0 K
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    9 y* [7 E5 N( M! p+ ~$ c, k
25. 
    
26.   //将服务器的地址和端口存储于套接字结构体中
    9 q" Q: r- `% E% m! Q5 b8 ]: q
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    - N$ [" n% C3 \7 D6 H
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    
31.   
    # z, @; {7 b( G& q, Y2 h0 L
32.   //向服务器发送请求
    ! ~+ V; K8 ?4 _& @
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    / ^' X' _2 G! t4 \- q: N  q
34.     printf("connect successfully\n");
    
35.    
    
36.   //接收服务器返回的消息（注意这里程序会被阻塞，也就是说只有服务器回复信息，才会继续往下执行）
    
37.   recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    4 \' O3 O4 L' J6 ^. k- i& C$ y9 r
39.   
    9 m, I7 P8 ], P/ B# M' F/ l6 O: j' C
40.   while(1){
    $ q2 U- }) W- m0 O5 L0 W' _, Y
41.     //将键盘输入的消息发送给服务器，并且从服务器中取得回复消息
    
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    , d( I6 ]+ C3 {/ q4 ?' G% V
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    ' W5 c& C9 }% ~% f( N+ ]
45.       perror("ERROR");
    $ B' e/ s9 P9 O) D, {8 n) b, ?
46.    
    8 n7 L- D1 @& v; ^' s/ }$ x
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    
50.    
    6 @" E5 p2 ~1 r; `* O$ B' T/ N4 K
51.     usleep(500000);
    
52.   }
    " o- q) w" m/ O' ^# X1 E! @" c1 e
53. }

复制代码

4 X& D  p2 S. `7 K
/ h" w3 ?0 f% @. w' W+ F) T2 K8 y

服务端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   1 R; Y0 Z, i1 [7 c2 R7 S
3. #include <stdlib.h>
   ! i5 J5 o$ u# v+ c& b
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   5 l8 E+ y6 V* }1 G
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <sys/types.h>
   ! I) R5 Z* l. e  l& a
9. #include <sys/socket.h>
   
10. 
    ! n; ?. ~2 x4 I/ U
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    : B# M, a/ }" [. U) @; [6 A, i
13. 
    ( G2 ]2 K5 o6 ]
14. int main(){
    6 q/ `2 c; l0 T% N$ L$ N5 N  D
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    
16.   struct sockaddr_in addr;
    7 ^( Z0 j6 d1 m3 j6 A" _( y3 a3 h
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    6 I# \3 {  p: H" x7 o/ S
18.   char msgbuffer[256];
    , }3 M$ K/ W# S: v5 {# x, D, _
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    
20.   fd_set fds;
    
21.    
    
22.   //创建套接字
    
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    " m5 c' y8 ?$ E4 g& |
24.   if(sockfd>=0)
    ; z7 p" J+ i; `
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
26. 
    
27.   //将本地端口和监听地址信息保存到套接字结构体中
    ' D( T- F/ T1 m" Y
28.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    
30.   addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);
      B: K* D9 {  P. n7 S  p6 B8 u
31.   addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);   //INADDR_ANY表示任意地址0.0.0.0 0.0.0.0
    
32.    
    
33.   //将套接字于端口号绑定
    
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    
36. 
    $ l( _& f* }" M' W
37.   //开启端口监听
    
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    4 j/ \5 m% y3 l
39.     printf("begin listenning...\n");
    2 q  D& }+ D; n
40. 
    
41.   //默认所有fd没有被打开
    # S$ A% e' Q: h/ n, Q
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
43.     is_connected[fd]=0;
    
44. 
    ; @9 X7 q3 _2 b* x9 s0 R- d
45.   while(1){
    8 a0 P5 k3 q" A% L0 ]5 i
46.     //将服务端套接字加入集合中
      k* G6 J4 C* L3 }* ^/ }8 s
47.     FD_ZERO(&fds);
    ! [  F* |; ]& n- Q  `( |
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    
49.      
    
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    ' q$ q$ {( g) [* I1 v: j. h; G
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
52.       if(is_connected[fd])
    # j, m5 _# |' w) E
53.         FD_SET(fd,&fds);
    
54. 
    
55.     //监视集合中的可读信号，如果某个套接字有信号则继续执行，此时集合中只有存在信号的套接字会被置为1，其他置为0
    
56.     if(!select(MAX,&fds,NULL,NULL,NULL))
    9 L8 l! z7 x' m' Y+ I- V
57.       continue;
    
58. 
    
59.     //遍历所有套接字判断是否在属于集合中的活跃套接字
    1 Z6 R# U$ d  ?$ Q4 t  G
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    
61.       if(FD_ISSET(fd,&fds)){
      R0 U  p6 M9 ~$ n/ d! d
62.         if(fd==sockfd){                             //如果套接字是服务端，那么与客户端accept建立连接
    
63.           connfd = accept(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,&addr_len);
    / W6 h/ C+ K# o+ w2 _/ [3 u5 V
64.           write(connfd,msgsend,sizeof(msgsend));    //向其输出欢迎语
    9 q* R9 M: H- u- K' p
65.           is_connected[connfd]=1;                   //对客户端的fd对应下标将其设为活跃状态，方便下次调用
    
66.           printf("connected from %s\n",inet_ntoa(addr.sin_addr));
    
67.         }else{                                      //如果套接字是客户端，读取其信息并返回，如果读取不到信息，冻结其套接字
    3 R9 y. E0 p9 P
68.           if(read(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer))>0){
    
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    ! `" N& J8 Z( G& Z' ^6 H( u
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    0 M5 A! M. t) n3 a
71.           }else{
    & Q1 t$ N6 ^, o) V& P; R
72.              is_connected[fd]=0;
    , h5 u! v8 M2 n
73.              close(fd);
    
74.              printf("close connected\n");
      S3 |1 i7 |* z6 @7 Y
75.           }
    2 S& _6 n* L6 l% A! Z" s" P
76.         }
      ^# m+ }; O/ {! E
77.       }
    
78.     }
    
79.   }
    
80. }

复制代码

) U. }  b/ D3 ]# A- }


5 Y4 `5 d! t7 [+ |& A7 l- K* Q! ~  i